JP2022027445A - 液体吐出装置、プリントヘッドおよびプリントヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の漏れやプリントヘッドからの液落ちを抑制することができ、且つコストアップを抑制することができる液体吐出装置、プリントヘッドおよびプリントヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】液体を貯蔵可能な貯蔵部と、前記貯蔵部と接合され前記貯蔵部の内部圧力変化を抑制する圧力抑制部材１８０と、を有し、前記貯蔵部に貯蔵された液体を吐出するプリントヘッドを備えた液体吐出装置であって、インク貯蔵部１６０と圧力抑制部材との隙間をシールするための液体シール材１８５を塗布する。【選択図】図４

Description

本発明は、貯蔵部に貯蔵された液体をヘッド部から吐出する液体吐出装置、プリントヘッドおよびプリントヘッドの製造方法に関する。

吐出口から液体を吐出して紙等の記録媒体に記録を行う液体吐出装置は、吐出する液体を貯蔵する貯蔵部を有する。貯蔵部では、使用する環境（例えば、吐出口からの液体の吐出状況）に応じて内圧が変化する。そこで、貯蔵部に弾性体からなる圧力抑制部材を設けることで、貯蔵部内の圧力変化を抑制することがある。貯蔵部と圧力抑制部材との取付け部に隙間があると、貯蔵部内は密閉されなくなるので、該隙間からの液体の漏れやプリントヘッドの吐出口からの液落ちなどが生じる。

ところで、特許文献１には、球状塗布体とチップの先端縁との境界部の隙間全域を非乾燥性の液体でシールすることで、長期間放置してもチップ内部の塗布液が固化することなく、塗布液の通路を確保することが開示されている。

液体吐出装置の液体の貯留部に特許文献１の技術を適用することで、液体の漏れや、プリントヘッドからの液落ちなどを抑制することができる可能性がある。

特開平７－２２２９４９号公報

しかし、液体吐出装置の液体の貯留部に特許文献１の技術を適用し、圧力抑制部材の取付け面の全域をシール部材でシールすると、使用するシール部材の量が多くなり、簡潔な構成でシールすることが困難となる恐れがある。

よって本発明は、液体の漏れやプリントヘッドからの液落ちを抑制することができ、且つ簡潔な構成でシールすることができる液体吐出装置、プリントヘッドおよびプリントヘッドの製造方法を提供する。

そのため本発明の液体吐出装置は、液体を貯蔵可能な貯蔵部と、前記貯蔵部と接合され前記貯蔵部の内部圧力変化を抑制する圧力抑制部材と、を有し、前記貯蔵部に貯蔵された液体を吐出するプリントヘッドを備えた液体吐出装置であって、前記貯蔵部と前記圧力抑制部材との隙間をシールするための液体シール材が塗布されていることを特徴とする。

本発明によれば液体の漏れやプリントヘッドからの液落ちを抑制することができ、且つコストアップを抑制することができる液体吐出装置、プリントヘッドおよびプリントヘッドの製造方法を提供することができる。

液体吐出装置の要部を示した斜視図である。 プリントヘッドを示した斜視図である。 プリントヘッドを示した図である。 インク貯蔵部と圧力抑制部材との接合部を拡大して示した図である。 本発明の効果を検証した実験内容とその結果である。 シール面にゴミ（異物）を挟んだ場合の模式図である。 インク貯蔵部と圧力抑制部材との接合部を拡大して示した図である。 プリントヘッドが備える溝を示した図である。 記録動作時のインク貯蔵部を示した図である。 変形例を示した図である。 変形例を示した図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。

図１は、本発明を適用可能な液体吐出装置１の要部を示した斜視図である。液体吐出装置１は、プリントヘッド１００の主走査方向への移動と、媒体６の副走査方向への移動とを交互に行いながら、プリントヘッド１００から媒体６に対して液体（以下、インクともいう）を吐出することで媒体６に印刷を行う。

液体吐出装置１は、プリントヘッド１００を登載して往復移動するキャリッジ２、媒体６を搬送する搬送ローラー３、インクを収容するインクタンク２００、インクタンク２００とプリントヘッド１００とを繋ぐチューブ４を備えている。更に液体吐出装置１は、移動するキャリッジ２をガイドする第一の軸８および第二の軸９、プリントヘッド１００をキャップするキャップユニット７を備えている。印刷をしない時にプリントヘッド１００は、キャップユニット７の位置で、プリントヘッド１００のノズル部がキャップユニット７に設けられたキャップで密閉された状態で待機している。

図２は、プリントヘッド１００を示した斜視図である。プリントヘッド１００は、印刷のためのインクを吐出する第１記録素子基板１１０（主にブラック用）と第２記録素子基板１１１（主にカラー用）を備える。各記録素子基板を支持する支持部材１２０は、ヘッド部１５０に固定され、各記録素子基板に対して吐出のための電気信号を送るために電気配線テープ１３０および電気接続部１４０に接続される。各記録素子基板は、電気接続部材１４０を介して電気信号を受信する。

図３は、プリントヘッド１００を示した図である。プリントヘッド１００は、内部にインクを貯蔵可能なインク貯蔵部１６０を備えている。プリントヘッド１００のヘッド部１５０は、プリントヘッド１００を液体吐出装置１に固定する部材であり、インクを吐出するための記録素子基板１１０（１１１）と電気配線テープ１３０と電気接続部材１４０とフィルター１５５が備えられている。フィルター１５５の上には、ヘッド部１５０とインク貯蔵部１６０とがシール部材１７０を挟んで固定することにより密閉接合される。

インク貯蔵部１６０の内部は、環境や印字時のキャリッジ移動による揺動の影響などで圧力変化が生じるため、インク貯蔵部１６０の上部には内部圧力変化を抑制するための圧力抑制部材１８０が設けられている。圧力抑制部材１８０は内部に空間を備えた弾性体からなり、インク貯蔵部１６０に対して圧力抑制部材１８０を押さえ部材１９０で押し付けて固定することにより、インク貯蔵部１６０と圧力抑制部材１８０とがシール面１８１で密閉接合される。

プリントヘッド１００は、組み立て後にリーク検査を行うが、検査で判定ＮＧになることがある。原因としては、組立工程においてインク貯蔵部１６０と圧力抑制部材１８０との間にゴミを挟んだり、圧力抑制部材１８０が変形することが考えられる。またはシール面１８１が一部欠損していることも考えられる。ゴミを挟んだり、圧力抑制部材１８０が変形したり、シール面１８１が一部欠損している場合、インク貯蔵部１６０と圧力抑制部材１８０との接合部に隙間が生じ、その隙間から空気が流入して密閉されなくなる。そこで、本実施形態では液体シール材を用いて、インク貯蔵部１６０と圧力抑制部材１８０との隙間をシールする。

図４は、インク貯蔵部１６０と圧力抑制部材１８０との接合部を拡大して示した図である。本実施形態では、インク貯蔵部１６０と圧力抑制部材１８０とが接合された状態で、圧力抑制部材１８０の外縁側端部に沿って液体シール材１８５を塗布する。このように液体シール材１８５を塗布して隙間をシールすることで、接合部にゴミを挟んだり、圧力抑制部材１８０が変形したり、シール面１８１が一部欠損して隙間が生じても、インク貯蔵部１６０内部を密閉状態とすることができる。

液体シール材１８５の塗布は、シール面１８１の全体に塗布することも考えられるが、シール面１８１の全体に液体シール材１８５を塗布すると、塗布量が多くなり、コストアップとなってしまう。また、圧力抑制部材１８０の内側に流れ出したり、インク貯蔵部１６０の連通口に流れ込むことも考えられる。そのため、圧力抑制部材１８０を接合した後に、接合部の外縁端部に沿って液体シール材１８５を塗布することが好ましい。

図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の効果を検証した実験内容とその結果である。インク貯蔵部１６０と圧力抑制部材１８０との間に、直径４０／２５／１５μｍのワイヤ１８３を挟み込み、ワイヤ１８３によって生じた隙間１８２を測定した。また、ワイヤ１８３による隙間１８２が生じた状態で、液体シール材塗布無しの状態と、液体シール材１８５を塗布した状態とで、プリントヘッド１００からの液落ちの有無を確認した。

直径４０μｍのワイヤ１８３を挟み込んだ時に生じる隙間１８２は１５μｍであり、液体シール材を塗布しない乾燥状態では１日で液落ちが発生した。これに対し、液体シール材１８５を塗布した場合は、長期放置でもプリントヘッド１００から液落ちは生じなかった。

直径２５μｍのワイヤ１８３を挟み込んだ時に生じる隙間１８２は９μｍであり、液体を塗布しない乾燥状態では１日で液落ちが発生した。

直径１５μｍのワイヤ１８３を挟み込んだ時に生じる隙間１８２は６μｍであり、液体シール材を塗布しない乾燥状態でも長期放置でプリントヘッド１００から液落ちは生じなかった。

以上の結果より、圧力抑制部材１８０の外縁側端部に沿って液体シール材１８５を塗布することで、隙間１８２が生じても液体シール材１８５でシールされることから、プリントヘッド１００から液落ちは発生しないと考えた。

このように液体シール材１８５には、想定される隙間（６～１５μｍ）をシール可能であり、シールするのに最適な物性（粘度等）を備えていることが求められる。本実施形態では液体シール材１８５は、非揮発性かつ非硬化性の材料でかつ粘度の高い材料を用いている。さらには、液体吐出装置１で用いるインクに含まれる材料のうち少なくとも１つの材料を含んだ液体シール材１８５を使用することがより好ましい。さらにより好ましくは、液体シール材１８５に含まれるすべての材料がインクに含まれていることである。液体シール材１８５がインクと接触し、液体シール材１８５中の成分がインクに流れだとしても、その成分がインクに使用されている成分であれば、インクの品質に及ぼす影響を抑えることができるためである。本実施形態では液体シール材１８５として、一般的なグリセリン（粘度：１４１２ｍＰa・ｓ（２０℃））やアセチレノール（川研ファインケミカル アセチレノールＥ１００）を用いた。

図６（ａ）は、シール面１８１にゴミ（異物）を挟んだ場合の模式図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩｂ－ＶＩｂにおける断面図で、液体シール材１８５を省略した図である。シール面１８１にゴミ（異物）を挟んだ場合、弾性部材である圧力抑制部材１８０は変形し、シール面１８１の一部には、隙間１８２が生じる。生じた隙間１８２には、毛管作用によって液体シール材１８５が流入し隙間１８２をシールする。液体シール材１８５が隙間１８２をシールすることで、圧力抑制部材１８０およびインク貯蔵部１６０の内部は密閉状態となる。

なお、本実施形態では圧力抑制部材１８０の外縁側端部に沿って液体シール材１８５を塗布しているが、インク貯蔵部１６０と圧力抑制部材１８０との間に隙間が生じた際に、液体シール材１８５が隙間に流入可能であればよい。つまり、インク貯蔵部１６０と圧力抑制部材１８０との接合面の外縁に液体シール材１８５が塗布されていればよい。

このように、インク貯蔵部１６０と圧力抑制部材１８０との接合面の外縁に沿って、液体シール材を塗布する。これによって、液体の漏れやヘッド部からの液落ちを抑制することができ、且つコストアップを抑制することができる液体吐出装置、プリントヘッドおよびプリントヘッドの製造方法を提供することができる。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成について説明する。

図７は、本実施形態のインク貯蔵部１６０と圧力抑制部材１８０との接合部を拡大して示した図である。本実施形態のインク貯蔵部１６０の圧力抑制部材１８０との接合部には、圧力抑制部材１８０に向かって突出する凸部１９１が設けられており、凸部１９１が備える面が接合面となっている。このようにインク貯蔵部１６０に凸部１９１を設けたことで、圧力抑制部材１８０とインク貯蔵部１６０との間には隙間１８２ができる。液体シール材１８５は、圧力抑制部材１８０とインク貯蔵部１６０との隙間１８２に流入するが、流入するのは圧力抑制部材１８０の外縁測端部から凸部１９１までの領域となり、凸部１９１から内部へは流入しない。このため、本実施形態によれば、液体シール材１８５の隙間への流入量を制御することができる。このように、液体シール材１８５によって圧力抑制部材１８０とインク貯蔵部１６０との隙間１８２がシールされることで、圧力抑制部材１８０およびインク貯蔵部１６０の内部は密閉状態となる。

（第３の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成について説明する。本実施形態も第２の実施形態と同様に、凸部１９１を備えている。

図８（ａ）は、本実施形態におけるプリントヘッド３００が備える溝３０２を示した図であり、図８（ｂ）は、インク貯蔵部３０１の天面３０６における溝３０２を示した図である。プリントヘッド３００が備えるインク貯蔵部３０１は、矢印Ｘ方向における両方の側の内壁面３０３に沿って矢印Ｚ方向に延びる溝３０２を備えている。溝３０２は、インク貯蔵部３０１のシール部材１７０でシールされる面から内壁面３０３に沿って矢印Ｚ方向に延び、天面裏面３０４に達する。溝３０２は、更に天面裏面３０４に沿ってインク貯蔵部３０１の中心部に向かって延び、更にインク貯蔵部３０１の中心部に設けられた穴部３０５の内面に沿って矢印Ｚ方向に延びて、インク貯蔵部３０１の天面３０６に達する。天面３０６に達した溝３０２は、更に天面３０６に沿ってインク貯蔵部３０１の中心から外側に向かって凸部１９１まで延びている。

このように、インク貯蔵部３０１に、内壁面３０３から天面３０６まで連続した溝３０２が設けられていることで、毛細管現象によってインク貯蔵部３０１内のインク２１０が、溝３０２に沿って凸部１９１まで運ばれる。凸部１９１まで運ばれたインクは、凸部１９１と圧力抑制部材１８０との間で生じる毛細管現象によって、凸部１９１に沿って図８（ｂ）のように環状にインク２１０が行き渡る。環状となったインク２１０は、圧力抑制部材１８０と凸部１９１と天面３０６とでなされた隙間で液体架橋となりメニスカスが形成される。このように凸部１９１に沿って、圧力抑制部材１８０と天面３０６との間で形成されたメニスカスによってインク貯蔵部３０１内部を密閉状態とすることができる。

図９は、記録動作時のインク貯蔵部３０１を示した図である。溝３０２の内側にゴミの付着や成形不良等の障害物あった場合、インク２１０が溝３０２の途中で止まってしまうことが考えられる。しかし、図９のように、インク貯蔵部３０１における、プリントヘッド１００が移動する主走査方向（所定方向）における両側の内壁に溝３０２を形成する。このように溝３０２を形成することで、プリントヘッド１００の往復移動による慣性力がインク２１０に働き、インク２１０の水面が上下することで、ゴミや成形不良箇所を乗り越えてインク２１０が溝３０２に沿って凸部１９１まで到達することができる。ゴミや成形不良箇所がインク貯蔵部３０１の上部にある場合、インク貯蔵部３０１内のインク２１０の量が少ないと、ゴミや成形不良箇所までインク２１０が届かないことも考えられるが、その場合は、インク２１０を補充すればよい。

以下、インク２１０が溝３０２に沿って、毛細管現象によって這い上がる量について説明する。

毛管力で液体が垂直な管内を這い上がる高さｈは、

と表せる。ここで、
Ｔ：液体の表面張力
ρ：液体の密度
ｒ：菅の内径(半径)
θ：接触角
であり、実施形態においては、
Ｔ：０．０３０または０．０３６ [N/m](以降、這い上がりにくい方のＴ＝０．０３０ [N/m]で計算する)
ρ：１０００ [kg/m³]
ｒ：ｒ [m]
θ：３０ [deg]
とする。

これらの値を式（１）に代入すると、

ここで、1辺の長さがd [m]の溝の相当半径はre [m]は、

であり、実施形態におけるインク貯蔵部３０１の底面から天面３０６までの高さは１９[mm]であるので、これらの値を式（２）に代入して、

となる。したがって０．４ [mm]四方以下の太さ、深さの溝であればインク貯蔵部３０１の底面から天面３０６までインク２１０を運ぶことができる。

また、ユーザーがプリントヘッド１００にインクを充填すると、インク２１０は、インク貯蔵部３０１の半分程度の高さまで充填される。そのため、溝３０２の矢印Ｚ方向（図８参照）における下端は、インク貯蔵部３０１の底面から天面３０６までの高さの半分よりも下側に設けられていればよい。よって、使用上は、式（２）において、

程度でよく、これについて計算を行うと、

となり、使用上においては、０．８[mm]四方以下（溝の幅０．８ｍｍ以下）の大きさの溝であればよいことがわかる。

図１０、図１１は、本実施形態の変形例を示した図である。図１０（ａ）は、インク貯蔵部底部から天面３０６まで連続する２本のリブ３０７を設けた例である。図１０（ａ）のように連続した２本のリブ３０７を形成し、２本のリブ３０７の間を溝としてインク２１０の毛細管現象を利用する構成でもよい。図１０（ｂ）は、天面３０６には溝３０２を設け、それ以外の部分には連続する２本のリブ３０７を設けた例である。また、図１０（ｃ）は、天面３０６の途中まで２本のリブ３０７を備え、途中から溝３０２が設けられている。このように天面３０６の途中で２本のリブ３０７から溝３０２に切り替わる構成でもよい。

更に、図１１のように、インク貯蔵部３０１の内壁の矢印Ｘ方向における少なくとも一方に溝３０２を設ける構成でもよい。インク貯蔵部３０１の内壁の矢印Ｘ方向以外にも溝が設けられていてもよい。更に、図１１に示す構成は、適宜図１０に示す構成と組み合わせてもよい。

１ 液体吐出装置
２ キャリッジ
１００ プリントヘッド
１５０ ヘッド部
１６０ インク貯留部
１８０ 圧力抑制部材
１８２ 隙間
１８５ 液体シール材
２１０ インク
３０２ 溝
３０６ 天面
３０７ リブ

Claims (17)

1. 液体を貯蔵可能な貯蔵部と、
   前記貯蔵部と接合され前記貯蔵部の内部圧力変化を抑制する圧力抑制部材と、を有し、前記貯蔵部に貯蔵された液体を吐出するプリントヘッドを備えた液体吐出装置であって、
   前記貯蔵部と前記圧力抑制部材との隙間をシールするための液体シール材が塗布されていることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記液体シール材は、前記貯蔵部と前記圧力抑制部材との接合面の外縁に沿って塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記液体シール材は、非揮発性かつ非硬化性である請求項１または２に記載の液体吐出装置。
4. インクを吐出する前記液体吐出装置であって、
   前記液体シール材を構成する材料のうち少なくとも一つは、インクに含まれている請求項１ないし３のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
5. 前記液体シール材は、６～１５μｍの隙間をシール可能である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
6. 前記圧力抑制部材は、押さえ部材によって前記貯蔵部に対して押さえられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
7. 前記圧力抑制部材は、弾性体から成る請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
8. 前記貯蔵部と接合された前記圧力抑制部材は、前記貯蔵部の内部と連通する空間を備えている請求項７に記載の液体吐出装置。
9. 前記貯蔵部は、前記圧力抑制部材に向かって突出する凸部を備えており、前記凸部と前記圧力抑制部材とが接合されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
10. 前記貯蔵部は、前記圧力抑制部材に向かって突出する凸部と、前記貯蔵部の内壁面から天面裏面、天面に設けられた穴の内面、前記天面に連続して設けれた溝と、を備えており、
    前記液体シール材は、前記貯蔵部に貯蔵された液体であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
11. 前記溝は、前記貯蔵部の内壁面から天面裏面、天面に設けられた穴の内面、前記天面に連続して設けれた２本のリブによって形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出装置。
12. 前記貯蔵部は、前記プリントヘッドと共に、所定方向に往復移動し、
    前記溝は、前記貯蔵部の前記所定方向における少なくとも一方の内壁に設けられていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の液体吐出装置。
13. 前記溝は、前記貯蔵部の前記所定方向における両方の内壁に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の液体吐出装置。
14. 前記溝の幅は、０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
15. 前記溝は、インク貯蔵部の底面から天面までの高さの半分よりも下側から設けられていることを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
16. 液体を貯蔵可能な貯蔵部と、
    前記貯蔵部と接合され前記貯蔵部の内部圧力変化を抑制する圧力抑制部材と、を備え、前記貯蔵部に貯蔵された液体を吐出するプリントヘッドであって、
    前記貯蔵部と前記圧力抑制部材との隙間をシールするための液体シール材が塗布されていることを特徴とするプリントヘッド。
17. 液体を貯蔵可能な貯蔵部と、前記貯蔵部の内部圧力変化を抑制する圧力抑制部材と、を接続する接続工程を有したプリントヘッドの製造方法であって、
    前記貯蔵部と前記圧力抑制部材との隙間をシールするための液体シール材を塗布する工程を備えていることを特徴とするプリントヘッドの製造方法。

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